Классификация источников положительных ионов, страница 4

Простейший способ получения достаточно плотной плазмы при наименьших энергетических затратах состоит в использовании для ионизации газа системы термоэмиссионный катод — анод. При соответствующей эмиссии легко получить разряд с напряжением 25—80 В в зависимости от газа и конфигурации разрядной камеры. Это напряжение оказывается в основном заключенным в прикатодном слое и обычно соответствует диапазону энергий, где сечение ионизации имеет максимум. Таким образом, оказывается возможным получать стационарную плазму, из которой можно осуществить извлечение ионов. Вынуждая разрядный ток протекать через капилляр малого диаметра, как это было сделано в работе [271] (используемый

в этой работе капиллярно-дуговой источник показан на рис. 8.4), можно существенно увеличить плотность плазмы. Диаметр капилляра этого источника был равен 3,5 мм.

Катод в этом источнике был заземлен, а на анод через балластное   сопротивление   подавалось   постоянное   напряжение

+ 110 В. Для управления разрядным током это сопротивление могло изменяться в диапазоне 40—500 Ом. Корпус разрядной камеры (промежуточный электрод) также находится под потенциалом +110 В, но его подсоединение осуществлено через сопротивление 1 кОм. Это сопротивление достаточно велико (принимая но внимание большую площадь электрода), так что плотность тока на электроде очень мала. Такое подсоединение позволяет легко зажигать разряд, однако характеристики разряда при этом получаются такими же, как в случае использования корпуса под плавающим потенциалом или как в случае, когда стенки корпуса покрыты изоляционным материалом, способным выдерживать тепловые нагрузки на поверхность.

Плотность плазмы в таком источнике настолько велика, что из его эмиссионного отверстия удавалось получать плотность тока ионов водорода 200 мА/см². Если считать, что температура электронов равна 5 эВ, масса иона 2, то, согласно уравнению (3.69), плотность плазмы достигнет 1,5·10¹² см^-3. Реальный извлеченный из исследуемого канала ток достигал 1,5 мА, канал имел диаметр 1 мм и длину, значительно превышающую 1 мм.

Интересный вариант низковольтного капиллярно-дугового источника исследовался в работе Цинна [286] (рис. 8.5). В этом источнике электроны с кольцевого катода (было установлено, что наибольшей эффективностью обладают вольфрамовые нити) проходят через кольцевой зазор шириной 1 мм и сходятся к центральному отверстию диаметром 3 мм, а затем их траектории изгибаются под углом 90° в направлении к аноду. Анод имеет водяное охлаждение. Извлекающий электрод расположен точно напротив анода. При работе с этим источником был получен ток до 4,3 мА из канала в извлекающем электроде диаметром 1 мм и длиной 6 мм.

Уноплазматрон — ионный источник Арденне [12] — представлен на рис. 8.6. Этот источник схож с вышеописанным источником [286] Цинна, если катод и анод поменять местами.